（环境工程专业论文）首钢工业用水中的膜技术应用.pdf

北京t 业人学t 程城1 j 学位论艾 第五阶段：进行了生物污染影响的试验，浣明生物污染是超滤污堵的重要 因素。根据试验结果对系统进行调整，增加了f e c l ；加药设备，增加化学清洗和 透膜清洗措施。 最终将超滤+ 眨渗透膜技术成功；用于酋钢污水硼用制蚤除盐水的工程中， 使除盐水系统达到 乏勰连续稳定运行。为酋钢的i 挂设订提供了 。程实例。 关键词：超滤；反渗透：膜技术应用；首钢污水回用 摘要 a b s t r a c t t h i sp a p e ri sb a s e do nt h ei n d u s t r i a lt e s to fs h o u g a n gw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp 1 a n t ，t a k i n gt h er e t u r nw a t e ra sw a t e rr e s o u r c e s ，i n e m b r a n e t e c h n o l o g yi sa p p l i e dt op r e p a r ed e m e r i a l i z e dw a t e r t h ei n d u s t r i a lt e s t p r o v e st h a tu l t r a f i l t r a t i o n ( u f ) c a na s s u r et u r b i d i t y 2 n t u ，p 0 1 1 u t i o n i n d e x 0 2 ，c o n s e q u e n t l y ，c o n s e c u t i v ea n ds t a b l er u no fr e v e r s eo s m o s i s ( r o )c o u l db ee n s u r e d ， a n dd e m e r i a li z e dw a t e rp r o c e s sf l o wc o u l db e d e t e r m i n e da sf b l l o w ：u f + r o i nt h el i g h tt h ea b o v e m e n t i o n e dd e t e r m i n e dp r o c e s sf l o w ，as t u d yo n e n g i n e e r i n gd e s i g ns h o u g a n gw a s t e ，隐t e rr e c o v e r ya n du t i l i z a t i o ns y s t e m i sc o n d u c t e d ： 1 a r k a ld i s c( f 0 1 d e dp i e c e )f i l t e rf r o m i s r a e lh a sb e e ns e l e c t e da s p r e f i l t e r o ft h eu l t r a f i l t r a t i o n h y d r a n a u t i c s h o l l o w u l t r a f i l t r a t i o nm e m b r a n eh y d r a c a p 6 0a n dd o wc h e m i c a lm e m b r a n e t e b 3 0 一4 0 0r e v e r s eo s m o s i sd e v i c e sw e r ee q u i p p e d a sw e l la sc h e m i c a lf e e d i n g c l e a n i n ga n de l e c t r i c a la n da u t o m a t i o nc o n t r o ls y s t e mh a sb e e nc o n d u c t e d a c c o r d i n g l y 2 a tt h eb e g i n n i n go ft h ec o 皿m i s s i o n i n g ，d u et oe x c e e d i n ga l u m i n u ms a l t s i nt h eo r i g i n a lw a t e r ，t h er e v e r s eo s m o s i sr e m b r a n eb l o c k e d as e r i e s m e a s u r e m e n t s ， f e c l 3a 9 9 1 0 m e r a t i o n ，p hc o m p e n s a t i o nw i t ha c i da d d i t i o n ， a c c e l e r a t i o nc l e a n i n gw i t ha c i d a l k a l ia d d i t i o n s ， a n ds oo n ，h a y eb e e n t a k e ni n t o 七h ec o m m i s s i o n i n go n ea f t e ra n o t h e r ，m e a n w h i l e ，s a m p l i n gt e s t i nt h el a b o r a t o r yh a sa l s ob e e nc o n d u c t e d f i 嬲l l yj 1 1 e a s u r e m e n t sl i k e a c c e l e r a t i o nc l e a n i n gw i t ha c i d a l k a l ia d d i t i o n sh a v eb e e nd e t e r m i n e dt o a s s u r es t a b ler u n 3 d u r i n g t h e o p e r a t i o n ， b a dp h e n o m e n o n1 i k eh e a v yp o l l u t i o no f u l t r a f i l t r a t i o n ，f r e q u e n tc h e m i c a lc l e a n i n ga n di n s u f f i c i e n tc l e a n i n g ， t h e r e f o r e ， f i v es t a g e so fc o m m i s s i o n i n gc o u l db ef o r e s e e nb e l o w ： n l 北京工业大学工程硕士学位论文 s t a g ei ：s a n df i l t e ri n s t e a do fd i s cf i l t e r ，w i t hn a c l oc y c l i n gc l e a n i n g ， ar e s u l tw i t hi n s u f f i c i e n t c l e a n i n ge f f e c ta n dw i t h o u tm e m b r a n e r e c o v e r e d 。 s t a g e i i ：a d df e c l 。a n da c t i v a t e dc a r b o ni n t ot h e o r i g i n a l a t e r ，c o m b i n e dw i t ho s m o s i sm e 珂b r a n ec l e a n i n ga n da i rb a c k a s h ( a e b ) f r o i l lt h t r e n do ft m pd e c r e a s i n g ，a c i ds o l u t i o no s m o s i sm e m b r a n e c l e a n i n gh a sb e t t e rc l e a n i n gr e s u l t ，a l k a l is 0 1 u t i o no s m o s i sm e m b r a n eh a s al i t t l eb i tb a dc l e a n n gr e s u l t a e bi sn oo b v i o u se f f e c t s t a g ei i i ：w i t ht h es i t u a t i o nt h a tt h ep r e v i o u st e s t sh a v eab a dt e s t r e s u i tr 仑p e t i t i o n ，w ef i g u r e dd u tt h a ti ti sd u et ot h ef l u c t u a t i o no f t h ee x i s t i n gc o n c e n t r a t i o no fa l u m i n u j 】i o na n dp hv a l u e a st ot h e p 0 1 i u t i o nt ot h ei 1 1 e m b r a n eb yo r g a n i s m ( m i c r o o r g a n i s m ) o fa l u m i n u mi o na n d o t h e rs u s p e n d e ds o l i d ，at e s tw i t hd i a t o m i t ea d d i t i o nw a sc o n d u c t e d ，a n d ag o o dr e s u l th a sb e e na c h i e v e dw i t ha e b 。 s t a g ei v ：p r e f i l t r a t i o nt e s to fs a n df i l t e rs h o w st h a ts u s p e n d e ds o l i d i sam a i nf a c t o rf o ru fm e m b r a n ed 0 1 l u t i o n s t a g ev ：at e s tc o n c e r n e dt ot h ei n f l u e 兀c eo fb i o l o g yp 0 11 u t i o nw a s c o n d u c t e d ， i ts h o w st h a tb i 0 1 0 9 yi sam a i nf a c t o rf o ru l t r a f i l t r a t i o n b l o c k w it ht h et e s tr e s u l t ，a d j u s t m e n tt ot h es y s t e mh a sb e e np r o l o t e d ， f e c l 3c h e m i c a la d d i t i o nd e v i c e sh a v eb e e ne q u i p p e da n dm e a s u r e m e n t so f c e ba n do s m o s i sm e m b r a n ec l e a n i n gh a v eb e e nu p d a t e d f i n a l l y ， u 1 t r a f i l t r a t i o n 十r e v e r s eo s m o s i st e c h n 0 1 0 9 yh a sb e e n a p p li e ds u c c e s s f u l l yi ns h o u g a n gp r o c e s so fw a s t e w a t e rr e c o v e r yf o r d e s a l t e dw a t e r 工t皿a k e sd e s a l t e dw a t e rs y s t 鲫 k e e pi nl o n g t e r m c o n t i n u o u sa n ds t a b l er u n t h i sa f f o r d su sa ne n g i n e e r i n ge x a m p l ef o r s h o u g a n ge n g i n e e r i n gd e s i g n k e y w o r d s ：u 1 t r a f i l t r a t i o n ： r e v e r s eo s m o s i s ： a p p l i c a t i o no fm e 皿b r a n e t e c h n o l o g y ；w a s t e 宵a t e rr e c o v e r ya n du t i l i z a t i o ni ns h o u g a n g 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的浣明并表示了谢意。 虢警同期 关于论文使用授权的说明 j 一，工 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：她导师签名：铘同期：一 第1 章绪论 1 1 课题背景及研究意义 1 1 1 课题背景 首钢集团是从事钢铁冶炼、采矿、机械、电子、建筑房地产、服务业等多种 行业跨地区、跨所有制、跨国经营的大型企业集团。酋钢的钢铁业拥有从矿到材， 从普碳钢到特殊钢的现代化联合生产体系，产品柯线材、型材、中板、管村、钢 丝等。主导产品线材、螺纹钢的实物质量达到国际先进水平。 首钢的产品多为普碳铡，且扳材、带利极少，缺少市场竞争力，单位产品的 利润低，已小适应企业生存利发展的需要。为k ，首钢铜j 定了产业结构调整和技 术升级改造的总体规划，改进和提高钢铁冶炼技术及连铸技术，新建冷轧薄扳、 镀锌薄板、彩色涂层钢板生产线等。 首钢地处首都北京，其生存和发展面临着两大问题：环保问题和水资源问题。 大气污染物、固体废弃物、废水不仅要单项指标达标排放，还要对污染物总量进 行控制，且北京市对首钢的污染物排放总量指标也是在逐年减少的趋势，2 8 年奥运会在北京举行，也给首钢的环保带来了更大的压力。北京是，重缺水的城 市，华北地区以海河、滦河为主要水源人均占有水最为4 0 0 m 3 人，而北京人均 占有水量仅为3 0 0 m y 人。受缺水的影响，b 京市已开始对首锕艰水供应，并在 2 0 叽年给曹钢减少了0 3m = i s 的新水指标，而月还要逐年递减。水资源已成为 企业生存和发展的最大问题，因此节约用水、提高水的重复利用率、污水处理后 回用己成为首钢必须面对和要解决的问题。 降低污染物排放量、减少水资源消耗的工作存首钢中直在进行着，而且也 是首钢能源及环保工作永恒的丰题。礼现有生产工艺条件下，尽量提高水的重复 利用率，提高循环冷却水的浓缩倍数，以减少废水排放量和工业新水补充量：对 离子交换软化、除盐工艺产生的废水单独收集和使用；建设首钢污水处理厂，对 钢铁厂的综合排水进行处理和凹用等措施都已聚用和实施，但新工艺及设备的引 进和使用，以及对水质要求的提高，水源水质的恶化和回用污水的增加，给首钢 进和使用，以及对水质要求的提高，水源水质的恶化和回用污水的增加，给首钢 北京_ ：r _ 业人学t 程坝卜竿1 立论艾 能源及环保工作又带来了新的问题：现在运行的水质已无法满足要求。为此，在 首钢现行的水质已无法满足生产要求的情况f | ，首钢的工业用水中又新增加了除 盐水。除盐水的用途主要有两个：第一，直接用于工艺线的冷却和漂洗带钢，象 首钢的彩涂板、镀锌板生产线和冷轧薄板生产线：第二，用于循环冷却水的补充 水，首钢第二炼钢厂大板坯连铸机高效化改造工程就是如此。板坯工程是这些新 建项目中最早的一个，其除盐站的建设也是一个新的起点，对后续工程可起到借 鉴和参考的作用。 首钢的工程中也有过使用除盐水的实例，例如：电力j 除盐站、焦化厂干熄 焦除盐站，分别采用了离子交换除盐工艺和反渗透+ 离子交换除盐工艺来都制备 除盐水，作为锅炉补给水。电力厂除盐站建于上世纪七十年代，采用混凝、澄清、 过滤及离子交换工艺除盐。焦化厂干熄焦除盐站建于上世纪九十年代末，采用直 流凝聚、多介质过滤及反渗透预脱盐和离子交换工艺除盐。 众所周知：离子交换除盐是传统的水处理工艺，对般 5 0 0m g 几的低含 盐水具有很好的处理效果，除盐精度较高，具有设备简单、投资相对较少、对原 水的预处理要求不是很高等优点。 离子交换除盐工艺也存在不足之处，主要表现在： ( 1 ) 受原水水质限制，只有对于原水含赫量 5 0 0m g l 才是经济的。 ( 2 ) 设备庞大，占地面积大。 ( 3 ) 运行程序复杂，维护工作量大。 ( 4 ) 采用酸、碱再生，劳动强度大。 酸、碱再生液的储存、运输和使用都会对环境造成污染，也存在安全隐患。 另外，酸、碱再生液的排放同时也人为的增加了首钢厂区排水的含盐量，不利于 首钢污水处理厂的回用水质。 首钢干熄焦工程除盐站在粗除盐工艺e 摒弃了离子交换工艺，采用了现代的 反渗透膜技术来除鼎。反渗透水处理技术，是在室温条件下，采用无相变的物理 方法对含盐水施以外界推动力克服渗透压而使水分子通过膜的逆向渗透过程，从 而最终实现水的淡化与纯化，其脱盐率9 7 ，水回收率7 5 。膜技术具有过程 一般较简单、经济性较好、往往无相变、分离系数较大、节能、高效、无二次污 染、可在常温下连续操作、可直接放大、可专一配膜等优点，在食品加工医药生 幕l 币绪论 化技术领域化工电力等行业已得到广泛应用，并也已成为解决当代能源资源和环 境污染问题的重要高新技术及可持续发展技术的基础。 反渗透膜技术本身已比较成熟，但如何使系统连续稳定运行却是实际应用中 的难题。首钢干熄焦工程除盐站因预处理( 直流凝聚+ 多介质过滤) 效果不好， 在运行中就出现了反渗透膜污堵快、化学清洗频繁、清洗不彻底、膜通量无法全 部恢复等现象。 针对上述两个除盐站的情况，借鉴美国2 l 世纪水j + 对城市污水除盐回用( 微 滤+ 反渗透) 、青岛一汽集团对城市污水除赫回用( 超滤+ 反渗透) 、太原钢铁集团 对钢铁污水除盐回用( 微滤+ 反渗透) 等的工艺流程成功的经验，拟在首钢二炼 钢板坯除盐站设计中采用超滤+ 反渗透的处理工艺。该除盐站以首钢污水处理厂 的回用水为水源，全部采用膜技术工艺除盐，因此，如何确定适合首钢水质的除 盐工艺流程和运行的工艺参数，并通过进一步的系统运行调试和对工艺设置的修 正，使之最终达到系统的长期稳定运行是本课题的主要任务和研究内容。 1 1 2 课题研究意义 采用超滤+ 反渗透工艺除盐已有很多成功应用实例，多以生活水和地表水为 源，水质比较好，污染物比较少，成分比较单一，系统也多数能够连续稳定运行。 但以钢铁厂的综合污水为水源，采用超滤+ 反渗透工艺除盐的工程实例还极少有 报道。因此，立足于首钢的实际回用污水，应用超滤和反渗透膜技术除盐，研究 其具体的工艺流程和系统设计参数，解决运行中的实际问题，使系统能够长期连 续稳定运行，对首钢的生产具有重要的实际意义。 污水处理厂的回用水已成为首钢厂区新的水源，是首钢节约新水资源的结 果。首钢厂区的综合排水( 生产废水、污水、生活污水、雨水等) 经混凝、沉淀、 澄清和石灰软化工艺处理后进一步过滤，其清水作为工业新水回用于首钢厂区。 其水质成分是比较复杂的，且有首铡地域性的特点( 金属离子种类多和含量比较 高) ，这些是在实际应用时应要特别注意的，尤其是选用膜技术制备除盐水，这 也是课题研究的目的所在。 首钢污水处理厂刚建成投产，二炼钢板坯工程是浚回用水的首批用户，以其 为水源制备除盐水更是第一次，因此膜技术在此具体应用的研究也具有更深远的 北京工业大掌丁程帧f ? 学位f = 会史 意义，同时，这也是膜技术在首钢工业用水中的1 。个新课题。今后镀锌薄板、彩 色涂层钢板生产线工程也将使用该回用水，也要以此为水水源制备除盐水，二炼 钢工程对其将起到借鉴和参考的作用。 首钢于熄焦工程除盐站采用反渗透除鼎，实际运行效果不好，究其根源，其 主要原因是预处理出水水质不好，另外也有药剂选用的问题。吸取浚工程的教训， 解决好反渗透的预处理，筛选合适的药剂，同样也是课题研究的重点内容和意义 所在。 解决目前首钢除盐水制备和膜技术应用中的问题，以及使膜技术在首钢拟建 设项目的工业用水中得到更广泛的应用和更好的使用，迫切需要取得成熟可靠的 水处理流程和设备运行参数，从而为首钢的工程建设提供重要参考依据。 1 2 国内外的研究现状 1 2 1 膜技术 膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机或高分子材料，它能把流体分隔成 不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质能透过，而将其它物质分离出来。 目前，膜技术是环境保护和环境治理的重要产业技术。在日本，科学家们把膜技 术作为2 1 世纪的基盘技术进行研究开发，曾在1 9 8 7 年r 本东京国际膜与膜过程 会议上，就有人明确的指出：“在2 l 世纪多数工业中，膜过程扮演着战略的角色。” 德国、英国己用膜技术治理了莱茵河和泰晤士河，我国也建设了一批应用膜技术 的环保示范工程，并取得了良好的效果。 膜过程无相态变化，在常温下进行，特别适用对热敏感物质的分离过程；分 离范围可以从小分子到大分子、从细菌到病毒、从蛋白质、胶体到多糖等；分离 过程仅仅是简单的加压输送，易实现自控、占地面积小：与其它如蒸馏、冷冻、 萃取等分离方法比较，节能效果显著：一般不需要投加其他物质，可节省原材料 和化学药品；膜分离过程中分离和浓缩同时进行，能回收有价值的物质。 在国外，尤其是发达国家，膜过滤技术应用于污水回用已经有不少工程实 例；随着我国的经济发展，这项技术力得以推广，是一种新型的污水回用技术。 城市和工业污水深度处理的膜过滤技术包括：微滤、超滤、纳滤、反渗透等。 第l 苹绪论 针对不同水质情况，可选择其中一种或几种组合以满足中水回用的水质标准。 超滤膜工艺是利用超滤膜两侧的压力差，使水、离子和小分子透过膜，而截 留水中的有效直径在0 0 0 5 o 1 “m 内的细菌、病毒、胶体微粒和分子量在5 0 0 0 1 5 0 0 0 0 道尔顿范围内的蛋白质、各类酶等大分子。超滤膜的过滤孔径介于 o 0 0 2 o 1 u m 。超滤膜的材质包括聚丙烯晴、聚醚砜、聚砜、p v d f 等，制成中 空纤维式、卷式或管式膜，广泛应用于地表水、海水及废水。与微滤相比，超滤 的孔径更小，对污染物的去除率更高。 中空纤维超滤膜根据水的流向分为内压式和外压式，其操作压力为o 0 5 o 2 5m p a ，透膜压力损失为o 0 2 o 0 5m p a ，膜通量为6 0 l o ol m 2 h 。过滤 水收集后从产水管排出，而浓水一部分循环至进水端，另一部分则排放( 1 0 2 0 l m i n ) 。浓水也可以全部排放。被截留的悬浮物、细菌、大分子有机物、胶体等 就堆集在纤维内表面，经运行一段时间后( 一般为3 0 分钟) ，需进行反冲洗，反 冲洗的水为超滤产水，水量2 0 0 3 0 0l m i n 。经过长时矧运行之后( 一般为1 2 个月) ，可能在膜表面粘附着不易冲洗掉的污染物和微生物，此时应进行化学清 洗，一般使用盐酸、氢氧化钠或次氯酸钠。系统运行过程只需提供一定的压力， 运行成本低，过程简单，操作方便，便于集成和控制；整个处理过程全封闭进行， 勿需添加大量化学试剂，对周围环境几乎没有干扰和污染。因此超滤膜污水回用 技术是一种高效、稳定、低能耗，技术先进，经济、占地少，安全可靠的污水回 用新技术。 反渗透技术始于5 0 年代美国佛罗里达大学的一个科学实验，在那里工作的 r e i d 和b r e t o n 都证明了醋酸纤维具有脱盐特性。日前反渗透技术已应用到城市 大型海水淡化水厂、纯水制取、污水再利用以及改善工业供水水等多方面领域。 反渗透膜工艺是利用半透膜两侧的压力差脱除水中的盐类和低分子物质，截 留物包括无机盐、糖类、氨基酸、b o d 、c o d 等。反渗透膜的孔径介于0 0 0 5 o o 0 0 5 u m 。 反渗透的典型工艺流程见图卜1 。 原水圆圈日匾日匿爱 浓水 图卜1 反渗透典刑1 ：艺流程图 北京工业火学工程侦 ：学位论文 在国外反渗透技术主要应用于海水的脱盐，以补充地下水资源及农业灌溉之 用。在澳大利亚新南威尔士的c o f f s 港口，对于污水处理和海水脱盐就主要采 用的是反渗透技术。它们主要是把中水回灌到地下，以增加地下水层的含水量， 并有少部分被用于环境喷洒以及农业灌溉。 美国的做法则很有代表性，它主要是在污水三级处理后增加深度处理。经过 三级处理后的出水，采用微滤膜过滤和反渗透膜处理的方法，是目前较为成熟并 已进入应用阶段的工艺技术。处理后的出水水质可达到饮用水标准，目前多用来 补充作为饮用水水源的地面水或地下水。加州橘县的2 l 世纪水厂就对三级排放 水进行反渗透处理，并把处理后的水回注地下以防止海水倒灌。并于1 9 9 7 年又 开始了地下水补充计划，采用超滤( 微滤) + 反渗透+ 紫外线消毒的工艺的组合， 生产的中水回注地下以补充地下水。 进行预处理的目的是希望通过这一工序降低进水的污染物含量，提高进水水 质，使进水水质能够保证膜元件的使用寿命和稳定的性能。反渗透装置对预处理 水质的要求十分严格。s d i ( 污染指数) 是反渗透进水控制的一个重要指标。卷 式反渗透膜一般要求进水s d i 值( 1 5 分钟) 小于5 ( 最好小于3 ) ，浊度小于i - o n t u ( 最好小于o 3n 1 u ) 。反渗透进水的预处理包括两个方面：一是防止悬浮 物、胶体和微生物对膜和管道内部的污染与堵塞，另一方面是要防止难溶盐的沉 淀结垢。传统的预处理技术包括混凝、沉淀和过滤，微滤和超滤已经成为用于反 渗透的新型预处理技术。为了在较高回收率情况下防止反渗透浓水端特别是反渗 透压力容器中最后一根膜元件的浓水侧出现化学结垢，在反渗透进水前需要加入 小分子磷酸盐阻垢剂。反渗透复合膜要求进水的余氯小于o 1m g 几，加入亚硫 酸氢钠还原剂的目的是中和来水中氧化性杀菌剂的有效成分，防止其对反渗透膜 元件的损坏。 反渗透膜的材质有醋酸纤维素、芳香族聚酰胺等，后一种使用最为广泛。结 构中则以卷式膜使用最为广泛。高压泵为反渗透膜组提供进水压力，维持反渗透 膜的正常运行。根据膜产品不同，最高操作压力4 8m p a 不等，实际操作压力 0 8 1 5 i p a 。压力损失随反渗透段数不同而不同。与微滤和超滤相比反渗透的 水回收率较低，为6 0 8 5 。在反渗透系统的产水通量与污染速度之问存在直接 第l 荦绪论 关系，水通量低，污染速度就低，要想降低水通量级必须选择膜面积较大的反渗 透膜元件。在低通量下，减小了污染物在给定面积膜表面上的沉淀，从而降低了 污染速度。正常情况下，反渗透膜柱应3 6 月清洗一次，根据结垢性质不同加 入不同的药剂，浸泡、循环清洗1 2 小时。 反渗透膜从超高压膜发展到高压膜、低压膜以及超低压膜，并从材料上发展 到表面更光滑和抗污染能力更强的复合膜。具有代表性的国际市场知名品牌：美 国陶氏公司的f i l m t e c 和美国海德能公司的8 w 一3 6 j f r 。f r 系列是第二代抗污染 膜产品，它针对生物污染膜的关键是减小和抵抗膜对生物的吸附，研究专家认为 增加膜表面的光滑度是首要的一环。他们用大量的事实，在电子显微镜照片上所 提供的资料的基础上，在多种影响污染因素中找到了光洁度高于传统膜4 0 的 f r ，它最大程度地抑制了微生物附着，其膜元件流量损失小，易于清洗，并且压 差不到普通膜的一半。 上述型号的抗污染膜己广泛应用于污染严重的地表水，生活污水工业废水的 处理，实际应用结果表明，其抗污染性比普通膜元件确有很大的提高。 1 2 2 国外研究现状 膜技术已被广泛应用在市政、食品、医药、电子、电力、钢铁冶金、石油化 工等行业，膜过滤技术应用于污水到用已经有不少：i ：程实例。 膜过滤预处理和反渗透系统联用在国外也已有2 0 年左右的历史，主要是处 理深井水地表水和生活污水等，例如：美国2 1 世纪水厂，采用微滤和反渗透技 术( m f + r 0 ) ，以处理后的市政污水为水源，进行脱盐处理回用。 但将膜技技术应用在钢铁冶金企业的污水回用中，尤其是采用超滤和反渗透 技术，以处理后的钢铁厂的污水为水源制备除盐水的应用却很少，也极少见这方 面的工程实例。 1 2 3 国内研究现状 国内近些年来也开始陆续在水处理工程中使用膜技术，多用于市政、食品、 医药、电子等行业，且水源多为市政生活水或深井水。 北京t 业大学t 程砸l j 学位论义 最近对于污水回用采用膜过滤预处理和反渗透系统联用的也开始应用，将收 集到的比较典型的且与首钢工业用水有借鉴性的资料列举如下： ( 1 ) 青岛一汽集团：u f + r o ，以经二级处理后的生活污水为水源 ( 2 ) 天津顶新食品有限公司脱盐水改造：u f + r o ，以市政生活水为水源 ( 3 ) 大连发电总厂：高效纤维过滤器+ u f 上r o ，以市政生活水为水源 ( 4 ) 正在建设的太原钢铁集团不锈钢改造工程：机械反应池+ 沉淀池十臭氧 反应池+ 多介质过滤器+ m f + 保安过滤器+ r o ，以处理后的钢铁厂排水为水源 ( 5 ) 拟建的天津丌发区污水回用工程：c m f + r o ，以丌发区污水处理厂二级 处理出水为水源。 太原钢铁集团不锈钢改造工程与首钢项目很相似，但其水源有所差别，预处 理也比较复杂，不太适用于首钢的工程实际。在首钢项目起动时，太钢项目也刚 起步。 首钢新建除盐站拟采用全套膜处理工艺，这是国内冶金行业第一套u f + r 0 全 膜法的废水回用除盐系统。 1 3 课题来源及研究内容 1 3 1 课题来源 课题来源于首钢生产和工程实际。 为满足首钢二炼钢大板坯连铸机改造工程铸机结晶器、设备内冷和二冷用水 的水质需要，需在补水中增加除盐水，以降低循环水的补充水中硬度、含盐量、 氯离子等主要指标，满足设备和产品的用水要求。因此，需新建设除盐水设施。 首钢已有的两个除盐水设施：首钢电力厂的混凝、澄清、过滤及离子交换工 艺除盐站和首钢焦化厂于熄工程的直流凝聚、过滤及反渗透预脱j ；：和离子交换工 艺除盐站，它们所反映出和带来的问题迫切需要探寻新的工艺路线和处理方法， 于是考虑全部应用膜技术制各除盐水。针对以冶金污水处理后的回用水为水源的 复杂情况，在国内外又无超滤加反渗透的典型工程可以借鉴的情况下，提出了此 课题，来解决目前首钢脱盐水制备和膜技术应用中的问题，取得成熟可靠的水处 理流程和设备运行参数，使膜技术在首钢的工业用水中得到更广泛的应用和更好 的使用，来服务于首钢的工程建设。 1 3 2 主要研究内容 课题主要研究膜过滤预处理及反渗透技术在首钢脱轨水制各中的应用，探讨 和解决膜技术针对首钢特殊水质的具体应用问题。 ( 1 ) 选择适用于首钢水质的脱盐水处理工艺路线。 混凝一砂过滤的预处理已无法保证首钢反渗透工艺制各脱盐水的正常和稳定 运行。在经过反复讨论研究和调研后认为，对于解决这个问题，目前多采用改进 传统工艺，取而代之选用膜过滤作为预处理工艺。 因此，本课题立足于如下的工艺路线：旋盘式过滤器+ 超滤+ 反渗透。在此基 础上通过工程设计、系统调试和运行来验证工艺路线的可行性，找出系统的不足 和需要加强及改进的环节，确定适用于首钢水质的脱盐水处理工艺路线。 ( 2 ) 确定适用于首钢水质的系统运行参数。 系统设计中选用以色列生产的a r k a l 公司生产的旋盘式过滤器，过滤精度为 5 5 “珂，过滤器全自动运行，连续出水，其进出口装有压力表和压差表，根据过 滤器进出口压差或运行时间的参数来控制其反洗，同时根据反洗完成后的时间确 定反洗时间参数，并根据反洗效果确定反洗用水量和耗水量。 系统中采用美国进口的海德能公司生产的中空纤维超滤膜组件( i y d r c a p ) ， 膜孔内径o 8m m ，其平均截留分子量为1 5 0 0 0 0 道尔顿。验证超滤的处理效果， 测定出水的s d i 值和浊度等指标，确定超滤膜组件的运行周期和化学清洗周期， 选择系统运行中的压力、压差参数、反洗参数和化学清洗参数等。 反渗透膜选用美国陶氏公司生产的聚酰胺复合膜( b w 3 0 一4 ) ，膜组件按6 ： 4 方式排列，系统工作压力1 7m p a 。 确定保证反渗透连续稳定运行的进水水质、系统的出力、系统的脱盐率、水 回收率和化学清洗周期等参数。 ( 3 ) 筛选适用于首钢水质的水处理药剂 需要筛选的药剂种类有：杀菌剂，还原剂，阻垢剂，超滤膜化学清沈剂，反 渗透膜化学清洗剂以及其它药剂。 第2 章工业性试验 2 1 工业性试验目的 按设计的工艺流程( 盘式过滤器+ 超滤+ 反渗透) 组装设备，与广州环亚 水处理有限公司联合在现场进行的工业性试验，其目的是为了验证和考核超滤对 于现有水源的出水指标及适应性，模拟实际系统的设计和运行参数，以考核超滤 和反渗透的各项技术指标能否满足实际系统的要求，同时验证或完善实际系统的 合理性和稳定可靠性，检验初步的经济技术指标。 在试验中需要具体考核的指标有：产水浊度小于o 2n t u ，污染指数s d i 小 于2 ；在水回收率为7 5 时，反渗透膜的脱盐率9 7 。 2 2 工业性试验的水源及水质 实际系统的水源为首钢厂区污水处理工程的回用水，是首钢厂区所有排水 汇集到污水处理厂并经过混凝、除硬、澄清、过滤后回供首钢水源系统的生产水。 由于回用水系统尚未具备使用条件，所以试验的水源采用首钢厂区供水二车间的 源水，主要由生产水和循环冷却水等水源组成。实际系统和中试实验的水源水质 指标见表2 一l 。 第2 章工业眺试验 表2 一l 水质表 序号项目单位 污水处理厂出水六泵站源水备注 d h s s c o d b o d _ 油 总硬度 暂时硬度 钙硬度 镁硬度 总铁 c 1 s n 6 f 温度 含盐量 浊度 m g l m g l m g l m g l m g ( c a c o 、；) l m g ( c a c 0 3 ) 几 m g ( c a c 如) l m g ( c a c o i ) ，l m g l m g l m g l m g l m g l n t u 万个m l m g l m g l m g l m g l m g l m g l m g l m g l 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 3 0 2 0 0 5 3 5 l l o o 8 2 8 3 8 3 8 9 o 5 3 4 2 5 6 2 5 2 0 0 1 4 2 5 o 0 8 7 2 6 9 3 4 2 11 1 6 3 8 6 7 0 1 0 4 1 0 1 3 9 8 1 0 8 0 0 0 2 3 o 6 7 1 2 6 5 2 9 6 8 5 3 1 6 偏高，不准确 偏高，不准确 偏高 ! i皂量奎! ! ! 竺= ! ! ! ! 一 注：从现有数据上来看，六泵站的水质相对较羞中试的水源条件比实际系统差。 舢 娟 础 钏 锄 数 根e 硅 钾钠钡锶燃硅 耥 细 重； 可 2 0 4 5 6 ， 8 9 m n 抱 h 幅 怕 蝎 拍 孔 毖 船 驰 踮 北京丁业大学丁程颂l 学位论殳 2 3 工业性试验的工艺和设备配置 工业性试验流程图见图2 1 。 原水 图2 11q k 性试验流程剀 试验装置与实际装置的对比见表2 2 表2 2 中试装置与实际装置对比表 。出水 2 圈怔 鼻 囹 一 笫2 帚i 业性试验 试验装置处理水量较小，因而其部分配置相对较低，例如：盘式过滤器因单 个过滤头的水量为1 5 2 0 町h ，超滤膜采用4 根4 英寸的国产超滤膜，反渗透装 置采用4 根4 英寸的进口反渗透膜( 陶氏化学公司产品) 等，但其试验过程可基 本作为实际大型装置运行状态的参考。 2 4 试验过程 工业性试验按照超滤的运行通量从高到低分两个阶段进行。 第一阶段为装置调试和高通量运行阶段( 2 0 0 2 年3 月1 6 同7 ：o o 至3 月2 3 日2 4 ：0 0 ，实际运行了1 6 3 个小时，运行率8 8 2 ) ：超滤的初始运行水通量设 为7 9l 2 h ，高于实际系统的6 5l m ：h ，反渗透的产水量相应为1 m h 。试验 数据见表2 3 。 第二阶段为按照实际系统通量的正式运行阶段( 2 0 0 2 年3 月2 4 日i ：0 0 至 4 月1 5 日2 1 ：o o ，实际运行了5 3 4 个小时，运行率9 7 3 ) 。由于第一阶段发 现7 9l m 2 h 的水通量运行不太稳定，第二阶段将水通量下调至实际系统的6 5 l 莳。h 进行考核，反渗透的产水量也相应下调为o 8 m 3 h 。在改善了预处理和自 控程序之后，直接考核实际系统的设计水通量6 5l m ! h 。试验数据见表2 4 。 表2 3 第一阶段试验数据 超滤过滤承通量7 9l m ! h 回流率 水回收率 反洗频率 正冲频率 加氯反洗频率 化学清洗频率 预过滤的反洗 反渗透的产水量 化学清洗频率 3 0 9 0 每隔：3 0 分钟洗一次 未做，：j 月2 2 日后每隔3 0 分钟一次 一次( ：3 月2 2 日) 术做 朱做，3 月2 2 日币每隔2 3 天一次 l m l h 未做 北京 二业大学t 程倾 学位论文 表2 4 第二阶段试验数据 超滤过滤水通量 6 5l ，m ih 回流率 水回收率 反洗频率 正冲频率 加氯反洗频率 化学清洗 j j 率 预过滤的反洗 反渗透的产水量 化学清洗频率 3 0 9 0 每隔3 0 分钟一次 每隔3 0 分钟一次 一次月1 日) 术做 4 _ j1 日后每天洗2 次 0 8 m 1 h 末做 2 5 试验数据的分析和总结 2 5 1 超滤产水的污染指数s d i 值 超滤产水s d i 值数据统计分布见表2 5 。 表2 5 超滤产水数据统计 有效数据s d i o 5 05 s d i 1l s d i 1 515 s d i 2s d i 2 第一阶段 1 403 452 所i 与比例 l o o o2 14 2 8 6 3 5 7 1 4 3 合格率 8 5 7 8 5 7 8 5 ，7 8 57 8 5 7 一 第二阶段 4 272 31 200 所占比例 1 0 0 】6 ，6 5 48 2 8 ，6 00 合格率 1 0 0 1 0 0 l o o 1 0 0 l o o 一 从表2 5 可以看出，经过预处理操作和自控程序的改善，在考核实际系统的 运行通量时，超滤产水的s d i 值均稳定在1 5 以f ，而且大部分小于1 ，超滤膜 4 第2 章工业h 试验 的处理效果非常好。即使在高通量和调试的第一阶段，超滤产水的s d i 值绝大多 数也合格( 要求s d i 2 ) ，而且有一半的数据在1 5 以f 。 2 5 2 超滤产水的浊度 超滤产水浊度统计数据见表2 6 表2 6 超滤产水浊度统计数据 从表2 6 可以看出，经过预处理操作和自控程序的改善，在考核实际系统的 运行通量时，尽管原水浊度从1 0 4 1 8 4n t u ，变化范围很大，而超滤产水的 浊度绝大多数稳定在o 2 以下，而且有近l 3 的数值小于o 1 ，超滤膜的性能非 常出色。即使在高通量和调试的第一阶段，超滤产水的浊度大多数也合格( 要求 浊度 o 2 n t u ) ，而且有1 3 的数据在o 1 以下。 超滤的产水s d i 和浊度都可以达到要求，而且在原水水质变化较大( 浊度 卜1 8 n t u ) 的情况下，超滤的产水指标仍然非常稳定，说明超滤膜在本系统的进 水条件下是完全可以胜任的。 2 5 3 反渗透的回收率、脱盐率和产水电导率 相关参数计算公式如下： 北康t 业凡学t _ 程坝! 学位沦史 r = c 。c ：( 2 一1 ) 士* = l l r 1 0 0 ( 2 2 ) 中e = q 2 q ， ( 2 3 ) n = l x 。 1 0 0 ( 2 4 ) 式中：r 一浓缩倍率 c 。一反渗透浓排含盐量 c 。一反渗透进水含盐量 巾n 一计算回收率 中c 一记录回收率 q ：反渗透产水流量 q 。反渗透进水流量 n 一脱盐率 ：一反渗透产水电导率 x 。一反渗透进水电导率 从试验统计数据来看，反渗透装置一直保持着较高的浓缩倍率( 3 0 3 9 ) 和回收率( 6 6 7 5 ) ，而反渗透的脱盐率基本维持在98 5 9 9 以上。 反渗透回收率的计算采用了两种方法：记录的回收率( 计算公式见2 2 ) 和计算的近似回收率( 计算公式见2 3 ) ，因为汁算回收率是采纳了首钢技术中 心的采样分析数据，通过反渗透浓缩倍率( 计算公式见2 一1 ) 换算得来，所以更 具有客观性和说服力。 2 6 试验结论 试验数据表明超滤可以将原水的s d